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EP0748928A1 - Abgaskrümmer mit blechgeformten Einlassrohren - Google Patents

Abgaskrümmer mit blechgeformten Einlassrohren Download PDF

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EP0748928A1
EP0748928A1 EP96108835A EP96108835A EP0748928A1 EP 0748928 A1 EP0748928 A1 EP 0748928A1 EP 96108835 A EP96108835 A EP 96108835A EP 96108835 A EP96108835 A EP 96108835A EP 0748928 A1 EP0748928 A1 EP 0748928A1
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EP
European Patent Office
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exhaust manifold
manifold according
pipes
inlet
individual
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EP96108835A
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Thomas Nording
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Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
J Eberspaecher GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/18—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly
    • F01N13/1883—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly manufactured by hydroforming

Definitions

  • the invention relates to an exhaust manifold with sheet-shaped intake pipes from the respective cylinder head outlet to a common exhaust gas outlet, at least one curved intake pipe being provided.
  • the exhaust gas manifold is heated up to temperatures of a similar magnitude by the exhaust gas that flows through it at temperatures of up to approx.
  • a component that is sheet metal formed and assembled from common steels expands by approximately 1% under such conditions.
  • the essence of the invention is to assemble the curved, mostly very short inlet pipe itself from at least two curved individual pipes, which are preferably each one-piece individual components, in the case of an exhaust manifold made of shaped sheet metal parts.
  • the basic idea of the invention is to lower the bending stiffness of a mostly box-shaped, curved, known inlet pipe by replacing the broad box-shaped cross-sectional profile of the inlet pipe by at least two narrow pipe sections arranged next to one another, which in total is much less
  • the invention is particularly suitable for very short curved pipe guides in which there is a very high section modulus according to the prior art and a reduction of the section modulus to approximately 25% is conceivable by dividing the pipe in two or more parts.
  • the individual tubes are inserted into the connecting components on the inlet and outlet sides and welded by means of fillet welds, the associated individual tubes of an inlet tube lying close to one another in the plug-in area and being otherwise (slightly) spaced apart from one another by the rest of the curvature in order to avoid different thermal expansions in the curvature of the individual tubes compensate for mutual disability.
  • the exhaust manifold 1 according to the drawing comprises sheet-shaped inlet pipes 2, 3, 4 from the respective cylinder head outlet 5, 6 or 7 to a common exhaust outlet 8.
  • the central rectilinear inlet pipe 3 from the central cylinder is a box-shaped or oval in cross section Single tube in half-shell construction as in the prior art and has an opening 10 on the central top for attaching a lambda probe.
  • the common exhaust gas outlet 8 is located on the underside of the half-shell of the straight single tube 3, approximately below the opening 10 in a plan view of the drawing.
  • the two outer curved inlet pipes 2, 4 each consist of two individual pipes 2a, 2b and 4a, 4b, which are not designed in half-shell technology, but rather are each one-piece pipe pieces which end on one side in the cylinder head -Fastening flange 9 and on the other side in the area of the common exhaust outlet 8 are inserted into the manifold connection and welded by means of fillet weld.
  • the central inlet pipe 3 and manifold are integrally formed.
  • the individual tubes 2a, 2b or 4a, 4b lie closely against one another in their end insertion regions, while two associated individual tubes are slightly spaced apart from one another over their other course of curvature in order to achieve an unimpeded different thermal expansion in the area of curvature of an individual tube to enable.

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Abstract

Bei einem Abgaskrümmer (1) mit blechgeformten Einlaßrohren (2,3,4) vom jeweiligen Zylinderkopfausgang (5,6,7) zu einem gemeinsamen Abgasauslaß (8) sind gekrümmte Einlaßrohre (2,4) vorgesehen, welche selbst aus zumindest zwei gekrümmten Einzelrohren (2a, 2b bzw. 4a, 4b) zusammengesetzt sind. Dadurch wird insbesondere bei kurzen gekrümmten Einlaßrohren in der Summe ein wesentlich geringeres Widerstandsmoment erzielt, was die Lebensdauer eines blechgefertigten Abgaskrümmers erhöht. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer mit blechgeformten Einlaßrohren vom jeweiligen Zylinderkopfausgang zu einem gemeinsamen Abgasauslaß, wobei zumindest ein gekrümmtes Einlaßrohr vorgesehen ist.
  • Ein wesentliches Problem eines vorgenannten bekannten Abgaskrümmers ist das der Dauerhaltbarkeit im Betrieb.
  • Der Abgaskrümmer wird durch das durchströmende bis zu ca. 1000°C heiße Abgas auf Temperaturen ähnlicher Größenordnung aufgeheizt. Ein aus üblichen Stählen blechgeformtes und zusammengesetztes Bauteil dehnt sich unter solchen Bedingungen um ungefähr 1% aus.
  • Die heißen, gasführenden Bauteile eines Abgaskrümmers sind jedoch im Zylinderkopf-Befestigungsflansch eingeschweißt, welcher in der Regel ein im wesentlichen geringeres Temperaturniveau aufweist und sich daher auch im Betrieb sehr viel weniger dehnt. Dieser Zylinderkopf-Befestigungsflansch bzw. dessen Verschraubung am Zylinderkopf behindert somit die thermische Dehnung des Abgaskrümmers.
  • Die behinderte thermische Dehnung führt nun zu Spannungen, die abhängig von der Gestaltung des Bauteils mehr oder weniger kritisch hinsichtlich der Lebensdauer sind. Ist die Geometrie so, daß z.B. aufgrund sehr kurzer Rohrführungen oder aufgrund eines ungünstigen Rohrprofiles eine hohe Steifigkeit entsteht, dann werden die Spannungen so hoch, daß häufig keine zufriedenstellende Lebensdauer von Abgaskrümmern erreicht wird.
  • Im konkreten Fall sind die konstruktiven Freiheiten extrem begrenzt, und es besteht keine Möglichkeit, bei der konventionellen Konstruktion eines Abgaskrümmers eine ausreichende Standfestigkeit zu erreichen. Hauptursache für das hohe Widerstandsmoment der Rohre gegenüber einer Biegung, die die thermische Dehnung kompensieren könnte, ist das flache, kastenförmige Profil der Rohre der außenliegenden Zylinder. Dies ist aber nach dem Stand der Technik erforderlich, um die Schraubenzugänglichkeit des Zylinderkopf-Befestigungsflansches bei ausreichendem Durchströmungsquerschnitt des Abgaskrümmers zu erreichen.
  • Ausgehend von der Problematik des bekannten Stands der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Abgaskrümmer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit Hilfe einfacher Maßnahmen die Lebensdauer deutlich erhöht ist, ohne konstruktive oder funktionelle Einbußen hinnehmen zu müssen.
  • Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch einen Abgaskrümmer der im Patentanspruch 1 angegebenen Art.
  • Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Maßnahmen nach den Patentansprüchen 2 bis 10.
  • Wesen der Erfindung ist, bei einem Abgaskrümmer aus Blechformteilen das gekrümmte zumeist sehr kurze Einlaßrohr selbst aus zumindest zwei gekrümmten Einzelrohren zusammenzusetzen, die bevorzugt jeweils einstückige Einzelbauteile sind.
  • Der Grundgedanke der Erfindung ist, die Biegesteifigkeit eines im Durchmesser großen zumeist kastenförmigen gekrümmten bekannten Einlaßrohres abzusenken, indem das breite kastenförmige Querschnittsprofil des Einlaßrohres durch zumindest zwei nebeneinander angeordnete schmalere Rohrprofile ersetzt wird, die in der Summe ein wesentlich geringeres Widerstandsmoment haben und somit die Betriebsbelastung reduzieren und mithin eine erhöhte Lebensdauer bzw. Haltbarkeit eines aus Blech gefertigten Abgaskrümmers ermöglicht wird.
  • Die Erfindung eignet sich insbesondere bei sehr kurzen gekrümmten Rohrführungen, bei denen nach dem Stand der Technik ein sehr hohes Widerstandsmoment vorhanden ist und durch eine Zwei- oder Mehrteilung des Rohres eine Reduzierung des Widerstandsmoments auf ca. 25% denkbar ist.
  • Vorteilhafterweise sind die Einzelrohre einlaß- und auslaßseitig in die Anschlußbauteile eingesteckt und mittels Kehlnaht verschweißt, wobei zusammengehörende Einzelrohre eines Einlaßrohres im Steckbereich dicht aneinanderliegen und ansonsten über den Rest der Krümmung vorteilhafterweise voneinander (geringfügig) beabstandet sind, um unterschiedliche Wärmedehnungen in der Krümmung der Einzelrohre ohne gegenseitige Behinderung auszugleichen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur schematisch einen axialsymmetrischen Abgaskrümmer aus Blechformteilen mit drei Eingängen zeigt.
  • Der Abgaskrümmer 1 gemäß Zeichnung umfaßt blechgeformte Einlaßrohre 2,3,4 vom jeweiligen Zylinderkopfausgang 5,6 bzw. 7 zu einem gemeinsamen Abgasauslaß 8.
  • Insbesondere sind zwei außenliegende Einlaßrohre 2,4 vorgesehen, welche gekrümmt ausgebildet sind, sowie ein zentrales geradliniges Einlaßrohr 3.
  • Das zentrale geradlinige Einlaßrohr 3 vom mittleren Zylinder ist ein im Querschnitt flaches bzw. kastenförmiges oder ovales Einzelrohr in Halbschalenkonstruktion wie nach dem Stand der Technik und besitzt an zentraler Oberseite eine Öffnung 10 zur Anbringung einer Lambda-Sonde. Auf der Unterseite der Halbschale des geradlinigen Einzelrohres 3 befindet sich der gemeinsame Abgasauslaß 8, etwa unterhalb der Öffnung 10 in Draufsicht auf die Zeichnung.
  • Im Gegensatz zum zentralen geradlinigen Einlaßrohr 3 bestehen die beiden außenliegenden gekrümmten Einlaßrohre 2,4 jeweils aus zwei Einzelrohren 2a, 2b bzw. 4a, 4b, die nicht in Halbschalentechnik ausgebildet, vielmehr jeweils einstückige Rohrstücke sind, die endseitig auf der einen Seite in den Zylinderkopf-Befestigungsflansch 9 und auf der anderen Seite im Bereich des gemeinsamen Abgasauslasses 8 in den Sammelleitungsanschluß eingesteckt und mittels Kehlnaht verschweißt sind.
  • Im Ausführungsbeispiel der Zeichnung sind zentrales Einlaßrohr 3 und Sammelleitung integriert ausgebildet.
  • Wie im Ausführungsbeispiel der Zeichnung ersichtlich, liegen die Einzelrohre 2a, 2b bzw. 4a, 4b in ihren endseitigen Einsteckbereichen dicht aneinander an, während zwei zugehörige Einzelrohre über ihren sonstigen Verlauf der Krümmung geringfügig voneinander beabstandet sind, um eine ungehinderte unterschiedliche Wärmeausdehnung im Krümmungsbereich eines Einzelrohres zu ermöglichen.
  • Während die Einzelrohre 2a, 2b bzw. 4a, 4b im Steckbereich des Zylinderkopf-Befestigungsflansches 9 im Querschnitt im wesentlichen rund (bis auf den gegenseitigen Berührungsbereich) ausgebildet sind, sind die Steckbereiche auf der anderen Seite im Bereich des gemeinsamen Abgasauslasses 8 vergleichsweise flach (an der gezeigten Oberseite) und ovalförmig (an der Unterseite). Die Querschnittsveränderung von "rund" zu "flach" bzw. "oval" erfolgt über die Länge der Krümmung stetig.
  • Es sei noch angemerkt, daß in den Unteransprüchen enthaltene selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorgenommenen formalen Rückbeziehung auf den Hauptanspruch entsprechenden eigenständigen Schutz haben sollen. Im übrigen fallen sämtliche in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthaltenen erfinderischen Merkmale in den Schutzumfang der Erfindung.

Claims (10)

  1. Abgaskrümmer (1) mit blechgeformten Einlaßrohren (2,3,4) vom jeweiligen Zylinderkopfausgang (5,6 bzw. 7) zu einem gemeinsamen Abgasauslaß (8), wobei zumindest ein gekrümmtes Einlaßrohr (2,4) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das gekrümmte Einlaßrohr (2 bzw. 4) selbst aus zumindest zwei gekrümmten Einzelrohren (2a, 2b bzw. 4, 4b) zusammengesetzt ist.
  2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Einzelrohr ein einstückiges Teil ist.
  3. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einzelrohre in Längsrichtung unterschiedliche Querschnittsform mit stetigem Übergang besitzen.
  4. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einzelrohre (2a, 2b bzw. 4a, 4b) in jedem Längenabschnitt in der Summe im wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche besitzen wie das entsprechende Einlaßrohr (2 bzw. 4).
  5. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einzelrohre eine ca. 90°-Krümmung aufweisen.
  6. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einzelrohre eines Einlaßrohres im Bereich des Zylinderkopf-Befestigungsflansches (9) und im Bereich des gemeinsamen Abgasauslasses (8) dicht aneinanderliegen und ansonsten voneinander beabstandet sind.
  7. Abgaskrümmer nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einzelrohre eines Einlaßrohres in den Zylinderkopf-Befestigungsflansch (9) und in den zentralen Abgasauslaß (8) gesteckt und mittels Kehlnaht verschweißt sind.
  8. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwei außenliegende, gekrümmte Einzelrohre (2,4) und ein zentrales gerades Einlaßrohr (3) vorgesehen sind, wobei die außenliegenden Einlaßrohre (2,4) aus jeweils zwei Einzelrohren zusammengesetzt sind.
  9. Abgaskrümmer nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die beiden außenliegenden Einlaßrohre (2,4) in Draufsicht axialsymmetrisch zueinander angeordnet sind.
  10. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einlaßrohre (2,3,4) nach einem hydrostatischen Umformverfahren gefertigt sind.
EP96108835A 1995-06-16 1996-06-01 Abgaskrümmer mit blechgeformten Einlassrohren Expired - Lifetime EP0748928B1 (de)

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DE19521849A DE19521849A1 (de) 1995-06-16 1995-06-16 Abgaskrümmer mit blechgeformten Einlaßrohren
DE19521849 1995-06-16

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EP0748928A1 true EP0748928A1 (de) 1996-12-18
EP0748928B1 EP0748928B1 (de) 1999-12-29

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EP96108835A Expired - Lifetime EP0748928B1 (de) 1995-06-16 1996-06-01 Abgaskrümmer mit blechgeformten Einlassrohren

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